[發明專利]多重腐蝕防護功能的高非晶鋁基金屬玻璃涂層及制備方法

有效

• 申請號: 201410361655.1
• 申請日: 2014-07-27
• 公開（公告）號: CN104164641A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 朱勝;王曉明;楊柏俊;劉玉項;姚巨坤;王啟偉;韓國峰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: C23C4/08
• 分類號: C23C4/08;C23C4/12;C22C45/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于金屬玻璃涂層技術領域，特別涉及一種鋁基金屬玻璃涂層的制備方法，利用活性燃燒高速燃氣噴涂技術在輕合金基體上制備高非晶含量的鋁基金屬玻璃涂層，能夠應用于多種復雜的腐蝕環境。

背景技術

與傳統晶態材料相比，金屬玻璃具有許多優異的性能，如高強度、高硬度、大彈性應變極限、高耐腐蝕性以及優良的磁性等。而且由于其獨特的組織結構、高效的制備工藝、良好的材料性能和廣闊的應用前景，目前在材料科學和產業界備受關注。但普通非晶態材料由于臨界冷卻速度很高(～10⁶K/s)，因此大多只能制備出厚度在微米量級的條帶或粉末狀樣品，大大限制了其應用范圍。相對而言，制備金屬玻璃涂層的過程比較容易實現，而與傳統涂層相比，金屬玻璃涂層在強度、韌性、抗蝕、耐磨、熱障和抗疲勞等方面會有顯著改善，在一些涂層中兼具上述多種性能。在眾多的制備金屬玻璃涂層的工藝中，噴涂技術具有明顯的競爭力，能夠高效的制備出質量優異的功能涂層。

輕合金(Al、Mg合金)盡管儲量豐富、性能優異，但其由于其低的電負性使合金耐蝕性能較差，因此作為結構材料至今仍未得到大規模應用。而在輕質鎂、鋁合金零部件上的腐蝕及表面損傷通常會誘發斷面減薄、強度降低、應力腐蝕開裂等問題，導致裝備性能大幅下降，嚴重影響了裝備的使役安全。上述輕合金表面損傷的主要原因在于采用的表面防護層不能滿足使役需求，常用的表面防護層應用較多的是熱噴涂層，以往的熱噴涂層屬于多晶合金，孔隙率較高，在強腐蝕介質中效果較差，尤其是應用在高溫、高濕、高鹽霧的海洋環境的鎂合金及強硝酸環境的鋁合金。采用熱噴涂制備的金屬玻璃涂層則具有更大的優勢：抗腐蝕、抗磨損、抗高溫能力強、孔隙率小，無需封孔劑，尤其對鎂、鋁合金的表面腐蝕防護具有更顯著的效果。

目前國內外對金屬玻璃涂層材料的研究集中在鎳基體系、鐵基體系及鉬基體系，而對鋁基金屬玻璃的研究較少。一方面由于鋁基金屬玻璃其非晶形成能力有限，屬于邊緣金屬玻璃體系，因此較難制備高性能的非晶態鋁合金材料；另一方面通常采用熱噴涂進行金屬玻璃涂層的制備，而非晶態鋁合金材料在熱噴涂中由于熱輸入大而導致涂層形成過程的氧化、晶化，對涂層性能造成影響。相比普通鋁合金材料，大部分鋁基非晶態合金具有低密度、高模量，拉伸強度超過1000MPa，由于其化學成分均勻，幾乎無晶界、位錯等；能固溶大量耐蝕組元，因此制備的涂層具有高溫性能、高韌性和耐蝕的特點，因此鋁基金屬玻璃涂層具有重要的研究意義和廣闊的應用前景。

為了減小采用常規熱噴涂(如電弧噴涂、等離子噴涂)制備金屬玻璃涂層過程中造成涂層結合強度低、易剝落，非晶程度低及由于孔隙率高而導致的耐腐蝕性能差的問題，已有研究者采用活性燃燒高速燃氣噴涂技術制備涂層。如專利號為201010575897.2的發明專利提供一種鐵基非晶涂層的制備方法，利用該方法制備出獨特無磁性的鐵基非晶涂層。此方法用于制備鐵基非晶涂層具有很高的硬度，致密的結構，低的氧含量及優異的耐蝕性。其采用的噴涂技術應用于鐵基涂層的制備能得到較好質量的非晶涂層，但由于噴涂鋁基涂層對噴涂條件和工藝要求嚴格，因此該專利提供的技術方案不能應用于噴涂鋁基非晶涂層。對于鋁基非晶涂層的研究，金屬學報，2012，48(3)：289-297報道，梁秀兵等人采用自動化高速電弧噴涂系統，用自行研制的粉芯絲材制備出Al-Ni-Y-Co非晶納米晶涂層。但所制備的涂層孔隙率較高，影響涂層的耐蝕性能，且耐腐蝕性能僅考慮在5％NaCl溶液中，腐蝕性能的考慮不全面；結合強度低僅為26.8MPa；而對于電弧噴涂中造成材料的晶化和相變研究者均未作考慮，因此采用電弧噴涂技術制備鋁基金屬玻璃涂層仍存在技術難點。

鋁基金屬玻璃涂層中的非晶含量對于涂層的質量有重要影響，非晶含量不僅影響涂層的力學性能，而且影響涂層的耐磨耐蝕性能。因此，需要在涂層制備過程中調整試驗工藝以降低涂層形成過程的晶化程度，從而制備出兼有優異力學性能的強耐蝕鋁基金屬玻璃涂層。

發明內容

本發明采用活性燃燒高速燃氣噴涂技術，針對現有制備鋁基金屬玻璃涂層技術存在的缺點以及制備的涂層非晶含量低、耐蝕性能較差的問題，本發明提供了制備鋁基金屬玻璃涂層的工藝和參數，制備出具有力學性能好、非晶含量高、具有優良的耐鹽溶液(NaCl)、鹽酸(HCl)及硝酸(HNO₃)腐蝕性能的金屬玻璃涂層。